IO流与装饰者模式

Posted 2022-03-26 zhuchangwu

java使用IO流来处理不同设备之间数据的交互;所有的IO操作实际上都是对 Stream 的操作

从功能上划分:

• 输入流: 当数据从源进入的编写的程序时,称它为输入流;

• 输出流: 从程序输出回另一个源成为输出流;

  输入与输出是有参照物的,而这个参照物就是应用程序本身

从结构上划分:

总体的大纲分为两部分,字节流和字符流的封装类体系
首先说:

• 什么是字节流?

1. 按照字节读取的流对象,一次读取一个字节
2. 1字节 占八位
3. 一个数字占四个字节, (前三个八位补0)

• 什么是字符流?

1. 按照字符读取的流对象,一次读取一个字符
2. 一个字,占两到三个字节
3. 一个英文单词1字节

什么是字符? 所有的英文字符,特殊符号,世界上所有的国家的文字,统称为字符

Java默认一次性处理8位,也就是一个字节

从第三个维度上的划分:

• 节点流 : 从特定的地方读写的流类 , 比如, 从磁盘或者内存区域

  例: 我们想从文件中读取数据,于是我们创建 FileInputStream() , 这个流称为节点流

• 过滤流 : 这种流会使用节点流作为输入输出(把节点流作为构造方法的参数) FilterInputStream

  过滤流也会包装过滤流---> 装饰者设计模式

输入流 InStream

• 读数据的逻辑

open a stream
while more information
read information
close the stream

例:

//创建一个文件输入流对象,并关联上src下的xanadu
FileInputStream fis = new FileInputStream("src/xanadu");      
    int b;                                                  //定义变量,记录每次读到的字节
    while((b = fis.read()) != -1)                          //将每次读到的字节赋值给b并判断是否是-1
        System.out.println(b);                              //打印每一个字节
    
    fis.close();

文件中内容是: a312a
输出的结果是: 97 51 49 50 97

按照字节读取 a312a 得到的结果 分别是他们的 ASCII表的值

为什么按照字节读,返回的结果不是byte而是整形呢?

因为字节输入流可以操作任意类型的文件,比如图片音频等,这些文件底层都是以二进制形式的存储的,如果每次读取都返回byte,有可能在读到中间的时候遇到111111111
那么这11111111是byte类型的-1,我们的程序是遇到-1就会停止不读了,后面的数据就读不到了,所以在读取的时候用int类型接收,如果11111111会在其前面补上
24个0凑足4个字节,那么byte类型的-1就变成int类型的255了这样可以保证整个数据读完,而结束标记的-1就是int类型

所以,当我们使用二进制文件输出流往文件中 write(97) 就会写进去a

节点流和过滤流的搭配使用, 当我们想从 file中读取数据, 于是我们创建FileInputStream() 关联磁盘上的文件, 然后我们又想提升的效率让我们的 inputStream 拥有缓存的能力,于是为我们为他包装上了BufferedInputStream,然后我们想把流里面的字节数据转换成我们看的懂的基本数据类型,于是我们又包装上了一层DataInputStream 最终用户使用的就是DataInputStream的实例

输出流 OutputStream

• 写数据的逻辑

open a stream
while more information
write information
close the stream

• 常见的方法

abstract void write(int b); // 往输出流中写入一个字节
void write(byte[]b) ; // 往输出流中写入 字节数组b中全部的字节
void write(byte[]b,int off,int len); // 往字节数组中写入从off 开始 len个长度的字节

void flush(); //刷新输出流
void close(); // 关闭

所以当我们进行文件的拷贝的时候我们一般会这样写:

FileInputStream fis = new FileInputStream("1.txt"); //创建输入流对象,关联1.txt
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("2.txt");//创建输出流对象,关联2.txt
int b;
while((b = fis.read()) != -1) 
    fos.write(b);


fis.close();
fos.close()

如图是Output链

字符流FileReader

字符流先读取到的是字节,进而把字节转换为字符,如果要写出字符的话,需要先把字符转换为字节再写出去, 字符流的出现是对字节流的一层包装

如下:

FileReader fr = new FileReader("aaa.txt");              //创建输入流对象,关联aaa.txt
    int ch;
    while((ch = fr.read()) != -1)                          //将读到的字符赋值给ch
        System.out.println((char)ch);                       //将读到的字符强转后打印
    

因为他按照字符读取,所以我们可以尝试强制转换为 char类型的符号

同理,它的write方法可以往文件里面 写入 字符串

什么情况下使用字符流?

• 不推荐用它进行拷贝纯文本文件,因为字节->字符 字符->字节 需要转换两次
• 推荐仅读取一段纯文本 或者仅写出一段纯文本

装饰者设计模式

像这样的代码:

new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream()));

它是java IO库中提供的一个称为链接的机制, 可以将流首尾相连,形成一个管道, 称为 Decorator 装饰者设计模式

装饰设计模式的组件

1. 抽象的组件(Component) : 给出一个抽象的接口,规范整套体系
2. 具体的构建角色(Concrete Component): 实现了抽象组件的具体类
3. 装饰角色(Decorator) :　介于装饰者和被装饰者之间的中间层　．　持有Component的引用，同时实现了Component这个顶级接口，使用Component的引用复写Component的所有抽象方法
4. 具体的装饰角色 : 负责给 具体的构建角色(Concrete Component) 添加添加上自己的特定标签

在java的IO体系中各部分所属的组件如下图

特点:

• 通过上面的图可以看到,Decorator对象,和其他Concrete Component对象在同一级,拥有相同的接口,这样客户端就可以像使用真实的对象一样使用装饰对象
• 装饰对象,包含了一个对真实对象的引用,使他可以调用真实对象的方法, 并在真实对象方法调用的结果上进一步的操作
• 由装饰对象接受客户端的请求,并把这些请求转发给真实的对象

装饰者的任务是什么? :

装饰者接收到给定的对象后,把用户使用装饰者的方法转发给被装饰者,并在这个转发前后添加自己特定的功能, 从而可以在代码运行时,不用修改给定对象的结构就添加了新的功能. (而在面向对象的设计中,通常是被设计成 继承给定对象所属的类) , 一句话总结: 装饰者模式是在扩展给定的对象

下面模拟JavaIO,写一个例子

首先是顶级接口Component:

public interface InputStreamComponent 
    void read();

Concrete Component 具体的实现组件

public class FileInputStreamConcreteComponent implements InputStreamComponent 
    @Override
    public void read() 
        System.out.println("FileInputStreamConcreteComponent 读取字节流 ...");
    

Decorator 和具体的实现组件位于同一级

    // todo 1. 实现了 顶级接口
public class FilterInputStreamDecorator implements InputStreamComponent 

    //   2. 持有顶级接口的引用
    private InputStreamComponent inputStreamComponent;

    //   3. 在构造函数中初始化
    public FilterInputStreamDecorator(InputStreamComponent inputStreamComponent) 
        this.inputStreamComponent=inputStreamComponent;
    

    // todo 4. 重写的抽象方法, 交由顶级接口的引用完成方法的调用
    @Override
    public void read() 
        inputStreamComponent.read();
    

带缓存的装饰者

// todo 当前的装饰者,继承中间层的 Decorator
public class BufferedInputStreamConcreateDecrator extends FilterInputStreamDecorator 
    // todo 同样持有顶级接口的引用
    private InputStreamComponent inputStreamComponent;

    public BufferedInputStreamConcreateDecrator(InputStreamComponent inputStreamComponent) 
        // todo 把传递进来的需要的装饰的对象,传递给Decorator中间层, 让它去执行 需要被装饰对象原有的方法
        super(inputStreamComponent);
    

    @Override
    public void read() 
        // todo 调用父类的 read
        super.read();
        this.ARead();
    
    private void ARead() 
        System.out.println("BufferedInputStreamConcreateDecrator   A... 增加缓存的功能...");
    

读取基本数据类型的装饰者

/ todo 当前的装饰者,继承中间层的 Decorator
public class DataInputStreamConcreateDecrator extends FilterInputStreamDecorator 
    // todo 同样持有顶级接口的引用
    private InputStreamComponent inputStreamComponent;

    public DataInputStreamConcreateDecrator(InputStreamComponent inputStreamComponent) 
        // todo 把传递进来的需要的装饰的对象,传递给Decorator中间层, 让它去执行 需要被装饰对象原有的方法
        super(inputStreamComponent);
    

    @Override
    public void read() 
        // todo 调用父类的 read
        super.read();
        this.ARead();
    

    private void ARead() 
        System.out.println("BufferedInputStreamConcreateDecrator   进一步把流转换成基本数据类型  ...");
    

下面是测试

public class text 
    public static void main(String[] args) 
        InputStreamComponent DataInputStreamConcreateDecrator =
                new DataInputStreamConcreateDecrator(
                        new BufferedInputStreamConcreateDecrator(
                                new FileInputStreamConcreteComponent()));

        DataInputStreamConcreateDecrator.read();

        System.out.println("");
        InputStreamComponent DataInputStreamConcreateDecrator2 =
                new DataInputStreamConcreateDecrator(
                                new FileInputStreamConcreteComponent());

        DataInputStreamConcreateDecrator2.read();
    

结果:

FileInputStreamConcreteComponent 读取字节流 ...
BufferedInputStreamConcreateDecrator   A... 增加缓存的功能...
BufferedInputStreamConcreateDecrator   进一步把流转换成基本数据类型  ...

FileInputStreamConcreteComponent 读取字节流 ...
BufferedInputStreamConcreateDecrator   进一步把流转换成基本数据类型  ...

依然是,根据源的不同,选择不同的 具体实现的组件Concrete Compent 得先把数据读取到InputStream里面,进而选择不同的装饰者对输入流进行包装

中间层设计的很巧妙,1. 中间层实现了顶级接口,而所有的装饰者又继承于中间层, 达到了规范装饰者的目的 2.对于要去重写的顶级接口的方法来说,中层其实他本身啥活也没干,相反他使用自己的成员变量 (顶级接口的引用去完成重写的工作) 而这个引用不是别人,就是用户传递进去的直接关联数据源的对象

装饰模式 VS 继承

装饰者:

• 装饰者模式用来拓展一个对象的功能,不需要子类
• 它是动态的,运行时的装饰

继承:

• 继承是用来拓展一类对象的功能
• 静态的,编译时任务就分配好了
• 继承会出现类爆炸的情况, 比如一个顶级接口有5个具体的实现组件,同时每一个组件都需要三种不同的装饰 如果是继承去实现 就是 5*3 = 15 个类 而装饰者模式则是 5+3=8个类

装饰模式 VS 静态代理设计模式

这是一个静态代理的例子:

interface Logger 
    void writeLog();


// 被代理类
class LoggerSubject implements Logger
    @Override
    public void writeLog()
        System.out.println("writeLog by LoggerSubject");
    


// 代理类
class Proxy implements Logger
    Logger logger;
    // 与装饰者模式的主要区别位置
    // 代理模式一般要求和原来的类行为一致，因此构造函数不传入对象
    Proxy()
        this.logger = new LoggerSubject();
    
    @Override
    public void writeLog()
        System.out.println("logger write before");
        logger.writeLog();
        System.out.println("logger write after");
    


public class StaticProxy 
    private static void write(Logger logger)
        logger.writeLog();
    
    public static void main(String []argvs)
        Logger logger = new Proxy();
        write(logger);
    

相同点:

• 这两种设计模式的最终目标都是目标对象进行增强,所以不是很好区分

不同点:

• 在使用的时候最直观的不同点就是: 静态代理把被代理的对象隐藏起来了,客户端使用代理对象的时候,是感觉不出有被代理的对象存在的; 而装饰者模式的层级关系很明确

• 但是它们的侧重点不同, 代理设计模式的侧重点是增加对代理对象方法的控制,比如我想在目标方法执行前后都打印一下日志,而 javaIO的装饰者模式侧重于添加功能,比如先得到 输入流--> 添加缓存 --> 把输入流转换成基本数据类型 类似的这样的功能的添加